Bài giảng Kỹ thuật điện trong sản xuất vật liệu xây dựng - Trường CĐ Xây dựng số 1

Chia sẻ: Tomjerry010 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:66

Thêm vào BST

Báo xấu

52
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật điện trong sản xuất vật liệu xây dựng cung cấp cho người học những kiến thức như: Tổng quan về hệ thống điện trong nhà xưởng sản xuất; khí cụ điện; chọn dây, cáp và khí cụ điện bên trong nhà xưởng sản xuất;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện trong sản xuất vật liệu xây dựng - Trường CĐ Xây dựng số 1

TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG SỐ 1 KHOA XÂY DỰNG – BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG BÀI GIẢNG CHUNG KỸ THUẬT ĐIỆN TRONG SẢN XUẤT VLXD Hà nội 5.2013 [1]
LỜI MỞ ĐẦU Trường cao đẳng xây dựng, tháng 5 năm 2013 “Kỹ thuật điện trong sản xuất VLXD” là môn học được xây dựng trên nền tảng của các môn học Kỹ thuật điện, cung cấp điện, hệ thống điện... áp dụng cho sinh viên khối ngành công nghệ kĩ thuật vật liệu xây dựng, môn học tập trung đi sâu nghiên cứu các vấn đề liên quan đến hệ thống cung cấp, trang bị điện cho các nhà xưởng công nghiệp. Với chủ trương chung của Đảng ủy – Ban giám hiệu Nhà trường, việc dạy và học cần đi sát với thực tiễn của ngành công nghệ kĩ thuật vật liệu xây dựng, bộ môn máy xây dựng đã xây dựng thành công bài giảng chung cho môn học “Kỹ thuật điện trong sản xuất VLXD”. Bài giảng chung “Kỹ thuật điện trong sản xuất VLXD” nhằm giúp cho giảng viên thống nhất nội dung, kiến thức giảng dạy bên cạnh đó chủ yếu nhằm làm tư liệu học tập cho sinh viên, do thời lượng học tập trên lớp hạn chế, hy vọng với sự sáng tạo và tư duy độc lập của sinh viên bài giảng chung này có thể củng cố thêm kiến thức cần thiết. Bài giảng chung “Kỹ thuật điện trong sản xuất VLXD” được soạn và in lần đầu tiên nên không tránh khỏi những hạn chế, rất mong bạn đọc góp ý kiến gửi về bộ môn máy xây dựng để bài giảng ngày càng hoàn chỉnh hơn. Thay mặt bộ môn, nhóm biên soạn gồm Ths.Ks Lê Anh Đức, Ths.Ks Nguyễn Trường Sinh trân trọng cảm ơn. [2]
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG NHÀ XƯỞNG SẢN XUẤT. I. Tổng quan về hệ thống điện: Ngày nay khi nói đến hệ thống năng lượng, thông thường người ta thường hình dung nó là hệ thông điện, đó không phải là hiện tượng ngẫu nhiên mà nó chính là bản chất của vấn đề. Lý do là ở chỗ năng lượng điện đã có ưu thế trong sản xuất, khai thác và truyền tải, cho nên hầu như toàn bộ năng lượng đang khai thác được trong tự nhiên người ta đều chuyển đổi nó thầnh điện năng trước khi sử dụng nó. Từ đó hình thành một hệ thống điện nhằm truyền tải, phân phối và cung cấp điện năng đến từng hộ sử dụng điện. 1. Một số đặc điểm của điện năng: + Dễ chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác (quang, nhiệt, cơ năng…). + Dễ truyền tải và truyền tải với hiệu suất khá cao. + Không có sắn trong tự nhiên, đều được khai thác rồi chuyển hoá thành điện năng. Ở nơi sử dụng điện năng lại dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác. Ngày nay phần lớn năng lượng tự nhiên khác được khai thác ngay tại chỗ rồi được đổi thành điện năng (Ví dụ Nhà máy nhiệt điện thường được xây dựng tại nơi gần nguồn than; nhà máy thủy điện gần nguồn nước…). Đó cũng chính là lý do xuất hiện hệ thống truyền tải, phân phối và cung cấp điện năng mà chúng ta thường gọi là hệ thống điện. + Điện năng sản xuất ra, nói chung không tích trữ được. Vì vậy tại mọi thời điểm luôn luôn phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất ra với điện năng tiêu. + Quá trình về điện xảy ra rất nhanh. + Điện năng là nguồn năng luợng chính của các ngành: CN nặng, CN nhẹ... và là điều kiện quan trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư. 2. Định nghĩa: [3]
Hệ thống điện bao gồm các khâu sản xuất ra điện năng; khâu truyền tải; phân phối và cung cấp điện năng đến tận các hộ dùng điện. “Công trình điện” được hiểu là tổ hợp công trình xây dựng và vật kiến trúc, trang thiết bị để phát điện, truyền tải và phân phối điện năng. Công trình điện bao gồm các nhà máy, tổ máy phát điện, các trạm biến áp, các đường dây dẫn điện và trang thiết bị đồng bộ kèm theo. II. Nguồn điện: Nguồn điện là thiết bị phát ra điện năng. Về nguyên lý, nguồn điện là thiết bị biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng thành điện năng. 1. Các dạng nguồn điện TỶ LỆ NGUỒN PHÁT ĐIỆN NĂM 1997 (EVN) Thủy điện Hòa Bình NĐ Than (36,6%) (17,36%) TBK Gas (10,29%) Diezel TBK Dầu (1,2%) (4,96%) NĐ Dầu Thủy điện khác (5,26%) (23,26%) [4]
2. Nhà máy thủy điện Hòa Bình 3 1 5 4 2 6 1. Hồ thượng lưu. 2. Hồ hạ lưu. 3.Đập ngăn 4. Đường ống dẫn nước áp lực. 5. Hợp bộ tuốc bin – Máy phát. 6. Cửa xả nước sau tuốc bin. 3. Ưu, nhược điểm của nhà máy thủy điện 3.1 Ưu điểm - Công suất nhà máy tùy thuộc vào năng lực của nguồn nước, từ 1 vài MW đến hàng trăm và hàng ngàn MW. - Tính linh hoạt vận hành rất cao, trong một vài phút có thể huy động hết công suất nhà máy. - Số lượng người quản lý vận hành không nhiều, chất thải sạch, - Kết hợp phát điện với điều tiết thủy lợi, phát triển giao thông, du lịch ... 3.2 Nhược điểm [5]
- Phải ngăn sông tạo ra các hồ nước lớn trải rộng dọc theo lưu vực của sông chính và làm thay đổi căn bản tất cả hệ sinh thái trong vùng. Thay đổi tập quán sinh họat, lao động và văn hóa của các quần cư trong lưu vực. -Khai thác công suất phụ thuộc vào thủy chế của hồ chứa, thời tiết khí hậu trong năm. -Hoạt động của nhà máy phụ thuộc nhiều vào các ngành liên quan và thụ động. III. Mạng lưới điện Điện năng sau khi sản xuất ra từ các nguồn phát sẽ được truyền tải - cung cấp - phân phối tới các hộ tiêu thụ điện nhờ mạng lưới điện. Hệ thống điện bao gồm toàn bộ các khâu phát điện - truyền tải - cung cấp - phân phối đến các hộ tiêu thụ điện. Mạng lưới điện bao gồm hai bộ phận chủ yếu: Đường dây tải điện và các trạm biến áp khu vực. Mạng điện xí nghiệp có một phạm vi nhỏ, chỉ bao gồm có trạm biến áp và mạng phân phối điện đến các thiết bị dùng điện trong xí nghiệp. Cấp điện áp định mức của mạng điện được chọn càng cao thì công suất truyền tải và độ dài truyền tải càng lớn. Cấp điện áp định mức càng cao thì vốn đầu tư xây dựng cũng như chi phí vận hành và tính phức tạp của mạng điện cũng tăng theo. Do đó ứng với một lượng công suất và khoảng cách truyền tải nhất định, để chọn cấp điện áp định mức cho hợp lý ta phải giải quyết bài toán so sánh cả về kinh tế và kỹ thuật. IV. Hệ dẫn điện. Hệ dẫn điện là tập hợp các dây dẫn điện, cáp điện với các kết cấu, chi tiết kẹp, đỡ và bảo vệ liên quan tới chúng, được lắp đặt theo quy phạm. Hệ dẫn điện được phân loại như sau: 1. Hệ dẫn điện hở là hệ dẫn điện lắp đặt trên bề mặt tường, trần nhà, vì kèo và các phần kiến trúc khác của toà nhà và công trình, trên cột điện... Đối với hệ dẫn điện hở, áp dụng các phương pháp lắp đặt dây dẫn hoặc cáp điện [6]
sau: trực tiếp trên mặt tường, trần nhà v.v. trên dây đỡ, dây treo, puli, vật cách điện, trong ống, hộp, ống mềm kim loại, máng, trong gờ chân tường và thanh ốp kỹ thuật điện, treo tự do v.v. Hệ dẫn điện hở có thể là cố định, di động hoặc di chuyển được. 2. Hệ dẫn điện kín là hệ dẫn điện lắp đặt bên trong phần kiến trúc của toà nhà và công trình (tường, nền, móng, trần ngăn), cũng như trên trần ngăn làm sàn, trực tiếp bên dưới sàn có thể tháo ra được... Đối với hệ dẫn điện kín, áp dụng các phương pháp sau để lắp đặt dây dẫn hoặc cáp điện: trong ống, ống mềm kim loại, hộp, mương kín và các khoảng trống của kết cấu xây dựng, trong rãnh trát vữa, cũng như trong khối liền của kết cấu xây dựng. V. Phụ tải điện. Dữ kiện tối quan trọng của bài toán thiết kế cung cấp điện là phụ tải điện. Việc xác định chính xác giá trị phụ tải cho phép lựa chọn đúng thiết bị và sơ đồ cung cấp điện, đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện. Các nhân tố công suất, loại và vị trí của các thiết bị tiêu thụ cho phép xác định cấu trúc sơ đồ và các tham số của các phần tử hệ thống cung cấp điện. Thường trong dữ kiện bài toán thiết kế cho biết công suất đặt của các thiết bị tiêu thụ điện, tuy nhiên sự đốt nóng các phần tử và các thiết bị điện còn phụ thuộc cả vào chệ độ làm việc của các hộ dùng điệnn vì vậy cần phải xem xét phụ tải theo cả dòng điện I, công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q và công suất toàn phần S. Việc lựa chọn các thiết bị, các phần tử của hệ thống cung cấp điện được thực hiện dựa trên kết quả tính toán phụ tải. Sai số của bài toán xác định phụ tải có thể dẫn đến việc lựa chọn sơ đồ thiếu chính xác, dẫn đến giảm sút các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện. Nếu kết quả tính toán lớn hơn so với giá trị thực thì sẽ dẫn đến sự lãng phí vốn đầu tư, các thiết bị được lựa chọn không làm việc hết công suất, dẫn đến hiệu quả thấp; Nếu kết quả tính toán nhỏ hơn giá trị thực, thì sẽ dẫn đến sự làm việc quá tải của các thiết bị, không sử dụng hết khả năng của các thiết bị công nghệ, làm giảm năng suất, làm tăng tổn thất điện năng và giảm tuổi thọ của các thiết bị điện. Như vậy bài toán xác định [7]
phụ tải là giai đoạn tối quan trọng của quá trình thiết kế cung cấp điện. Tuy nhiên, việc xác định chính xác giá trị phụ tải là không thể, vì có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến chệ độ tiêu thụ điện, trong dó có cả các nhân tố tác động ngẫu nhiên. Nhìn chung sai số cho phép của bài toán này khoảng ± 10%. Các tham số quan trọng tham gia trong quá trình tính toán phụ tải là: - Công suất định mức là công suất thiết bị ứng với với các điều kiện chuẩn do nhà máy chế tạo ghi trên hộ chiếu của thiết bị. Đối với động cơ điện, công suất định mức ghi trên nhãn hiệu máy, chính là công suất cơ trên trục cơ. Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, khi tính toán, công suất định mức được quy về chế độ làm việc dài hạn ứng với hệ số tiếp điện định mức εn: P’n = Pn εn Ở đây P’n là công suất định mức quy về chế độ làm việc dài hạn; εn- hệ số tiếp điện định mức. - Công suất tiêu thụ trung bình trong một khoảng thời gian xét t được xác định từ biểu thức sau: Ar Ptb = ; t Ar - điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong khoảng thời gian t. Công suất tiêu thụ trung bình đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích chế độ, xác định phụ tải tính toán và tổn hao điện năng . - Công suất cực đại là công suất lớn nhất xuất hiện trong khoảng thời gian xét. Phân biệt hai loại công suất cực đại: * Công suất cực đại ổn định (PM) là công suất tiêu thụ lớn nhất tác động trong khoảng thời gian không dưới 30 phút. Đây là công suất để đánh giá chế độ làm việc và chọn thiết bị điện theo điều kiện đốt nóng cho phép. * Công suất cực đại đỉnh nhọn - Pđnh là công suất lớn nhất xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn (ví dụ như khi khởi động động cơ). Người ta căn cứ vào giá trị phụ tải này để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động của động cơ, chọn dây chảy và tính dòng điện khởi động của rơle bảo vệ. Ngoài trị số của [8]
phụ tải đỉnh nhọn, người ta còn quan tâm đến số lần xuất hiện nó, nếu tần số xuất hiện càng lớn thì mức độ ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường của các thiết bị dùng điện khác trong mạng điện sẽ càng cao. - Công suất tính toán là công suất giả định lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất. Các thiết bị điện được chọn theo công suất này sẽ đảm bảo được an toàn trong mọi trạng thái vận hành. Trong thực tế công suất tính toán thường được lấy bằng công suất cực đại ổn định (Ptt=PM). Đơn giản nhất, phụ tải điện là các thiết bị tiêu thụ điện năng và biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang năng… Tất cả các thiết bị điện được phân loại theo các đặc điểm vận hành và kỹ thuật cơ bản sau: thiết bị sản xuất; điều khiển sản xuất; chế độ dùng điện; công suất và điện áp; loại dòng điện; mức độ tin cậy cung cấp điện v.v. 1. Phân loại theo cấp điện áp. Theo cấp điện áp tất cả các thiết bị điện được phân thành hai loại: thiết bị hạ áp (có U≤1000 V) và thiết bị cao áp (U>1000 V). 2. Phân loại theo loại dòng điện. - Thiết bị làm việc ở mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp (50 Hz); - Thiết bị làm việc ở mạng điện tần số cao hoặc thấp; - Thiết bị làm việc ở mạng điện một chiều. 3. Phân loại theo chế độ làm việc. - Thiết bị làm việc với chế độ dài hạn: Các thiết bị này có phụ tải không thay đổi hoặc ít thay đổi trong suốt thời gian làm việc như động cơ các máy bơm, máy quạt v.v. - Thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn: Các thiết bị chỉ làm việc trong khoảng thời gian ngắn chưa đủ để nhiệt độ tăng lên đến giá trị xác lập, ví dụ như máy cắt kim loại, máy trộn v.v. [9]
- Thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: trong trường hợp này các thiết bị làm việc theo chế độ luân phiên: đóng, cắt thời gian gian của toàn bộ chu trình không vượt quá 10 phút, ví dụ máy nâng hạ, máy hàn, thang máy v.v. 4. Phân loại theo dạng năng lượng biến đổi được phân thành các nhóm: động lực, chiếu sáng, tạo nhiệt v.v. 5. Phân loại theo vị trí lắp đặt. - Thiết bị điện lắp đặt cố định, di động. - Thiết bị điện lắp đặt trong nhà, ngoài trời. - Thiết bị điện lắp đặt ở những điều kiện đặc biệt như nóng, ẩm, bụi, có hơi và khí ăn mòn, có khí và bụi nổ. VI. Đặc điểm kỹ thuật của các thiết bị điện công nghiệp 1. Thiết bị động lực Thiết bị động lực trong công nghiệp chiếm tỷ lệ rất lớn. Phụ thuộc vào đặc điểm của các quá trình công nghệ các động cơ điện có thể là động cơ điện xoay chiều (không đồng bộ, hoặc động cơ đồng bộ), động cơ điện một chiều với các gam công suất khác nhau. Điện áp định mức của các động cơ xoay chiều ba pha chủ yếu là 0,38; 0,66; 3; 6 hoặc 10 kV. Gam công suất phổ biến là 0,1÷350; 1÷600; 100÷1000; 20÷1000 và trên 1000 kW. Các động cơ điện một chiều thường sử dụng điện áp 220 hoặc 440 V công suất từ 0,3÷329 kW. 2. Thiết bị tạo nhiệt Thiết bị tạo nhiệt chủ yếu là các lò điện và các cơ cấu chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng thường làm việc theo các nguyên lý: điện trở, cảm ứng, hồ quang và nguyên lý hổn hợp. Các lò nhiệt điện trở thường được cung cấp bởi mạng điện 380/220V tần số công nghiệp 50Hz. Tồn tại loại lò điện một pha hoặc ba pha công suất từ vài chục đến hàng ngàn kW. Hệ số công suất của các thiết bị này khá cao (sấp sỉ 1, đối với lò gián tiếp và 0,7 ÷ 0,9 đối với lò trực tiếp). Các lò điện cảm ứng được chế tạo có hoặc không có lõi thép. Loại lò cảm ứng có lõi thép làm việc với tần số công nghiệp, điện áp 380/220 V hoặc cao [10]
hơn, phụ thuộc vào công suất. Chúng có thể là thiết bị một, hai hoặc ba pha công suất đến 2000 kVA. Hệ số công suất của các loại thiết bị này dao động trong phạm vi rộng: cosϕ = 0,2 ÷ 0,8. Các lò điện cảm ứng không lõi thép được chế tạo để làm việc với tần số công nghiệp hoặc với tần số cao từ 500 Hz đến 40 Mz. Các thiết bị này được cung cấp bởi mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp. Hệ số công suất của thiết bị tương đối thấp (0,06 ÷ 0,25). Các lò điện hồ quang, theo nguyên lý đốt nóng được phân thành các thiết bị đốt nóng trực tiếp, gián tiếp hoặc hỗn hợp. Ở lò hồ quang đốt nóng trực tiếp, kim loại được làm chảy bởi nhiệt năng tao ra giữa điện cực với chính kim loại xử lý. Loại lò này được cung cấp bởi mạng điện xoay chiều 6÷ 110 kV qua máy hạ áp. Hệ số công suất có giá trị trong khoảng 0,8 ÷ 0,6. Ở loại lò hồ quang đốt nóng gián tiếp, kim loại được làm chảy bởi nhiệt năng sinh ra giữa các điện cực của thiết bị. Công suất của loại lò này không lớn lắm. Lò được cung cấp bởi mạng điện tần số công nghiệp qua máy biến áp đặc biệt. Ở loại lò hổn hợp, kim loại được làm nóng bởi nhiệt năng sinh ra do dòng điện đi qua chất liệu và cả do hồ quang. Lò hổn hợp được cung cấp bởi mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp qua máy hạ áp. Công suất lò cỡ vài tăm kW, hệ số công suất 0,85 ÷ 0,92. Thiết bị hàn điện làm việc với dòng điện xoay chiều hoặc dòng một chiều. Thiết bị hàn điện xoay chiều được cung cấp bởi máy biến áp 380/220 V hoặc cao hơn. Công suất của máy biến áp hàn dao động từ vài chục đến vài trăm kVA. Hệ số công suất của các thiết bị này tương đối thấp (0,3 ÷ 0,35 đối với máy hàn hồ quang và 0,4 ÷ 0,7 đối với máy hàn điểm). Các thiết bị hàn điện một chiều được cung cấp bởi cơ cấu chỉnh lưu biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều. Hệ số công suất của thiết bị này ở chế độ làm việc khoảng 0,7 ÷ 0,8 và ở chế độ không tải là 0,4. [11]
Các thiết bị chiếu sáng dùng trong công nghiệp chủ yếu là đèn sợi đốt và đèn phóng điện. Các loại đèn công nghiệp đều là thiết bị một pha công suất 100 ÷ 1000 W với điện áp 127 ÷ 220 V. Hệ số công suất của đèn sợi đốt là 1 và của các đèn phóng điện là 0,6 ÷ 0,7, tuy nhiên hầu hết các đèn phóng điện đều được mắc kèm theo các tụ bù nên hệ số công suất của mạng điện chiếu sáng thường đạt đến giá trị 0,9 ÷ 0,96. VII. Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế cung cấp điện (CCĐ). 1. Độ tin cậy. Sơ đồ phải đảm bảo tin cậy CCĐ theo yêu cầu của phụ tải, do đó phải căn cứ vào hộ tiêu thụ (dưới đây) từ đó chọn sơ đồ nguồn CCĐ. * Hộ loại I: phải có 2 nguồn CCĐ. sơ đồ phải đảm bảo cho hộ tiêu thụ không được mất điện, hoặc chỉ được giãn đoạn trong 1 thời gian cắt đủ cho cacd TB tự động đóng nguồn dự phòng. * Hộ loại II: được CCĐ bằng 1 hoặc 2 nguồn. Việc lựa chọn số nguồn CCĐ phải dựa trên sự thiệt hại kinh tế do ngừng CCĐ. * Hộ loại III: chỉ cần 1 nguồn. 2. An toàn. Sơ đồ CCĐ phải đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người vận hành trong mọi trạng thái vận hành. Ngoài ra còn phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật như đơn giản, thuận tiện vận hành, có tính linh hoạt cao trong việc sử lý sự cố, có biện pháp tự động hoá.. 3. Kinh tế. Sơ đồ phải là sự lựa chọn tối ưu, hợp lý nhất về vốn đầu tư và chi phí vận hành. VIII. Những tiêu chuẩn cơ bản của hệ thống cung cấp điện (CCĐ). 1. Tiêu chuẩn điện áp. Điện áp đặt lên đầu cực thiết bị điện (TBĐ) so với điện áp định mức của nó không được vượt quá giới hạn cho phép. Quy định như sau: - Đối với mạng cung cấp cho các thiết bị động lực: [∆U%] = ± 5%. [12]
- Đối với mạng cung cấp cho các thiết bị chiếu sáng: [∆U%] = ± 2,5%. Trong trường hợp khởi động động cơ hoặc mạng đang ở trong tình trạng sự cố thì độ lệch điện áp cho phép có thể tới - 10%Uđm. 2. Tiêu chuẩn tần số. Độ lệch tần số cho phép được qui định là ± 0,5 Hz. Để đảm bảo tần số của hệ thông điện được ổn định công suất tiêu thụ phải nhỏ hơn công suất của hệ thống. Vậy ở phụ tải lớn khi phụ tải gia tăng thường phải đặt thêm thiết bị tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ hoặc thiết bị bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số. 3. An toàn cung cấp điện (CCĐ). Hệ thống CCĐ phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị. Muốn vậy phải chọn sơ đồ CCĐ hợp lý, rõ ràng mạch lạc để tránh nhầm lẫn trong vận hành, các thiết bị điện phải được chọn đúng chủng loại, đúng công suất. 4. Chỉ tiêu kinh tế cao. Chỉ tiêu kinh tế chỉ được xét đến khi các chỉ tiêu kĩ thuật đã được đảm bảo. Chỉ tiêu kinh tế được đánh giá qua: tổng số vốn đầu, chi phí vận hành và thời gian thu hồi vốn đầu. Đánh giá chỉ tiêu kinh tế cần so sánh tỉ mỉ giữa các phương án, từ đó mới rút ra được phương án tối ưu. [13]
CHƯƠNG II. KHÍ CỤ ĐIỆN I. Rơ le Rơle nói chung thông thường là thiết bị điều khiển, bảo vệ TB khi xảy ra hiện tượng ngắn mạch hoặc quá tải… Trong thực tế ngành công nghiệp hiện nay rơle là thiết bị điều khiển và bảo vệ tin cậy nên được dùng phổ biến và cũng hết sức đa dạng về chủng loại và thương hiệu. 1.Rơ le điện từ 1. Mạch từ hình chữ U 4 2 6 2. Nắp từ động 3. Cuộn dây 3 5 4. Lò xo 1 5. Tiếp điểm tĩnh 6. Tiếp điểm động Sơ đồ nguyên lý rơle điện từ - Mạch từ là các lá thép kỹ thuật mỏng từ 0.35 - 0.5mm được ghép lại với nhau để tránh dòng điện xoáy, mạch từ được ghép hình chữ Ø, U, mạch từ được chia ra làm hai phần: Phần được kẹp chặt đứng yên gọi là phần tĩnh; Phần được nối với từ thông tiếp điểm động qua hệ thống tay đòn cách điện được gọi là phần động (ứng). - Cuộn dây có điện trở bé, dòng điện chạy trong cuộn dây phụ thuộc vào khe hở lõi thép phần ứng và phần tĩnh. - Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ. Phần ứng được hút chặt lại với phần tĩnh. Tiếp điểm 6 đóng lại với tiếp điểm cố định 5. 2. Rơ le dòng điện và rơle điện áp a. Rơle dòng điện - Dùng để bảo vệ mạch điện bị quá tải hoặc ngắn mạch và điều khiển sự làm việc của động cơ điện. - Rơle dòng điện gồm có mạch từ 1 được cuốn cuộn dây dòng điện 2 có nhiều đầu ra. Khi dòng điện chay qua cuộn dây 2 từ trường sẽ tác dụng một lực [14]
từ lên nắp từ động làm bằng miếng sắt hình chữ Z. Nếu dòng điện vượt quá giá trị chỉnh định lực từ thắng lực cản của lò xo 4, hút nắp từ động chữ Z quay và đóng hoặc mở hệ thống tiếp điểm. 1. Mạch từ hình chữ C 2. Cuộn dây dòng điện 3. Nắp từ động hình chữ Z 4. Lò xo Sơ đồ nguyên lý rơle dòng điện - Rơ le dòng điện loại này dùng để bảo vệ dòng điện cực đại. Cuộn dây rơle dòng mắc nối tiếp với mạch cần bảo vệ. b. Rơle điện áp - Dùng để bảo vệ các thiết bị điện khi điện áp của nó tăng hoặc hạ quá mức quy định. Rơle điện áp có cấu tạo và nguyên lý làm việc như rơle dòng điện. Khác nhau là: Cuộn dòng điện của rơle dòng điện ít vòng, tiết diện dây to được mắc nối tiếp với mạch điện, còn cuộn áp của rơle điện áp có số vòng nhiều hơn, tiết diện dây nhỏ và được mắc song song với mạch điện của thiết bị cần bảo vệ. Rơle điện áp có hai loại: - Rơle điện áp cực đại: Phần ứng (phần quay) của loại rơle này lúc điện áp bình thường đứng yên, khi điện áp tăng quá mức quy định lực điện từ thắng lực cản, rơle tác động. - Rơle điện áp cực tiểu: Ở điện áp bình thường phần ứng rơle chịu lực điện từ tác dụng. Khi điện áp hạ xuống dưới mức điện áp quy định, lực cản thắng phần ứng sẽ đóng hoặc mở các tiếp điểm. 3. Rơle tốc độ - Rơle kiểm tra tốc độ thường được dùng để thay đổi chế độ làm việc của động cơ ở một tốc độ nào đó. Khi tốc độ quay đạt một trị số cho trước nào đó, rơle sẽ tác động đóng mở tiếp điểm của nó trong mạch điều khiển hoặc bảo vệ. [15]
- Phần cảm là nam châm vĩnh cửu 2 được gắn đồng trục với trục quay 1 của động cơ hoặc trục quay nào đó nhận chuyển động từ động cơ. - Phần ứng 3 gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau thành hình trụ rỗng, trên đó có đặt các thanh dẫn ngắn mạch tương tự như rôto lồng sóc, phần ứng được gắn với một tay gạt bằng nhựa 4 và có thể quay tự do. - Khi phần ứng quay kéo theo tay gạt tác động vào lá thép đàn hồi để đóng hay mở các tiếp điểm tùy theo chiều quay của phần ứng. 1. Trục rơle tốc độ 2. Nam châm vĩnh cửu 3. Phần ứng 4. Tay gạt nhựa Sơ đồ nguyên lý rơle tốc độ - Khi động cơ quay, trục 1 quay theo làm quay nam châm 2, sẽ tạo ra một từ trường quay quét qua các thanh dẫn lồng sóc. Sức điện động cảm ứng xuất hiện trong các thanh dẫn lồng sóc sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng tạo ra mô men quay làm quay lồng sóc theo chiều quay của từ trường. - Khi phần ứng 3 quay, tay gạt bằng nhựa 4 tùy theo hướng quay của trục động cơ mà đóng hoặc mở hệ thống tiếp điểm. - Khi tốc độ động cơ giảm xuống gần bằng 0. Mô men yếu đi tay gạt bằng nhựa 4 không ấn lên các thanh lò xo nữa hệ thống tiếp điểm trở về vị trí ban đầu. 4. Rơle nhiệt - Rơle nhiệt là phần tử dùng để bảo vệ các thiết bị điện (động cơ) khỏi bị quá tải. - Khi dòng điện phụ tải chạy qua phần tử đốt nóng1 tăng lên lớn hơn dòng điện định mức, phần tử đốt nóng sẽ nóng lên và toả nhiệt ra môi trường xung quanh. Thanh kim loại kép 2 (gồm 2 lá kim loại khác nhau có hệ số dãn nở khác [16]
nhau, gắn chặt với nhau) sẽ cong lên và rời khỏi đầu trên của tay đòn 3. Dưới tác dụng của lò xo 4 kéo tay đòn 3 quay làm tiếp điểm động 6 mở ra cắt điện khỏi đối tượng cần bảo vệ. 1 2 3 1. Phần tử đốt nóng 2. Thanh kim loại kép 4 3. Tay đòn 4. Lò xo 5. Nút ấn phục hồi 5 6. Tiếp điểm động 7 6 7. Tiếp điểm tĩnh Sơ đồ nguyên lý rơle nhiệt - Sau khi sự cố đã được loại trừ muốn hệ thống tiếp điểm trở về vị trí ban đầu ta ấn nút phục hồi 5. 5. Rơle thời gian - Rơle thời gian là khí cụ điện hạ áp được sử dụng trong các mạch điều khiển để trì hoãn (delay) thời gian tác động của các mạch điện. 5.1. Rơle thời gian kiểu điện từ - Khi đóng hoặc cắt điện cuộn hút 4, từ thông trong lõi từ biến thiên làm xuất hiện trong lõi từ biến thiên làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong các vòng ngắn mạch. Từ trường của dòng ngắn mạch chống lại sự biến thiên của từ trường đã sinh ra nó do đó tốc độ biến thiên của từ thông tạo bởi cuộn hút 4 bị chậm lại. Kết quả, thời gian tác động của rơle cũng chậm lại. [17]
7 5 1. Mạch từ chữ nhật dẹt 6 2.Vòng ngắn mạch 8 3. Mạch từ trụ 9 4. Cuộn dây 5. Nắp từ động 2 3 6. Lò xo nhả 4 7. Lò xo 8.Tiếp điểm động 1 2 9. Tiếp điểm tĩnh Sơ đồ nguyên lý rơle thời gian - Chỉnh định thời gian bằng cách: chỉnh độ căng của lò xo nhả 6, chỉnh độ căng của lò xo 7 tạo ra lực tách nắp từ động 5 khỏi trụ từ 3, hoặc chỉnh khe hở phụ qua tấm đệm phi từ tính giữa nắp từ động 5 và trụ 3. II. Áp tô mát (ATM) - Áptômát nói chung là thiết bị điều khiển và bảo vệ TB khi xảy ra hiện tượng quá tải hoặc ngắn mạch. - Áptômát là thiết bị đóng và tự động cắt khi xảy ra hiện tượng quá tải hoặc ngắn mạch. - Ngoài ra (riêng) một số Áptômát 3 pha còn có khả năng bảo vệ giảm điện áp. [18]
1. ATM kiểu dòng điện cực đại (DĐCĐ) 3 1. Cuộn dây I 4 2. Nắp từ động 6 2 5 3,6. Lò xo 1 4. Cần mang nắp từ động 5. Đòn mang tiếp điểm động I Sơ đồ nguyên lý ATM kiểu DĐCĐ - Sau khi đóng ATM bằng tay, ATM cấp điện cho mạch cần được bảo vệ. Lúc này mấu của các chốt ở đầu cần 4 và đòn 5 móc vào nhau để giữ tiếp điểm động tỳ vào tiếp điểm tĩnh. Khi dòng điện vượt quá chỉ số chỉnh định của ATM qua lực căng của lò xo 3, cuộn điện từ 1 nối tiếp với mạch động lực sẽ đủ lực, thắng lực cản của lò xo 3 và hút nắp từ động 2 làm cần 4 quay nhả móc chốt. Lò xo 6 kéo rời tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh để cắt mạch. - ATM dòng điện cực đại được dùng để bảo vệ mạch điện khi quá tải và khi ngắn mạch. - Chỉnh dòng điện cực đại có thể bằng nhiều cách: Chỉnh lực căng của lò xo 3 tăng theo dòng điện cực đại mà ATM phải cắt. 2. ATM kiểu dòng điện cực tiểu (DĐCT) I 3 2 1. Cuộn điện từ 1 2. Nắp từ động 3. Lò xo I Sơ đồ nguyên lý ATM kiểu DĐCT [19]
- Bình thường dòng điện làm việc lớn hơn dòng cắt tối thiểu (I > Icđ) và cuộn điện từ 1 sinh đủ lực hút để hút nắp từ động 2 và tiếp điểm được đóng kín. Khi I < Icđ, cuộn 1 không đủ từ lực sẽ bị lò xo 3 kéo nắp từ động 2 ra làm mở tiếp điểm cắt điện vào mạch cần bảo vệ 3. ATM kiểu điện áp 3 1. Cuộn dây 4 6 2. Nắp từ động 2 5 3,6. Lò xo 1 4. Cần mang nắp từ động 5. Đòn mang tiếp điểm động Sơ đồ nguyên lý ATM kiểu điện áp - Sau khi đóng ATM bằng tay, cuộn hút 1 có đủ điện áp sẽ hút nắp từ động 2 để chốt đầu cần 4 và đầu đòn 5 vào nhau, giữ cho các tiếp điểm thông mạch. Khi điện áp nguồn giảm xuống dưới mức chỉnh định U < Ucđ , cuộn 1 không đủ địên áp sẽ có lực từ yếu, không đủ thắng lực kéo của lò xo 3 và nhả nắp từ động 2. Chốt móc giữ đầu cần 4 và đầu đòn 5 bật ra làm lò xo 6 kéo rời tiếp điểm động khỏi tiếp điểm tĩnh để cắt mạch. - ATM điện áp thấp dùng để bảo vệ mạch điện khi điện áp tụt thấp hoặc mất điện lưới. 4. Cầu dao chống giật ELCB - ELCB là một cầu dao tự động (CB), ngoài mạch bảo vệ quá tải overload (OL), còn kèm theo mạch bảo vệ chống dòng điện rò mạch chạm mát gây hỏa hoạn, hoặc chống hiện tượng bị tử vong do con người vô ý chạm phải điện. - Bộ phận cơ bản của mạch chống rò điện là một vòng xuyến mạch từ loại sắt Ferrit có độ từ thẩm cao. Trên đó được quấn 2 cuộn dây có số vòng bằng nhau, sao cho khi có dòng điện đi qua, thì từ thông tổng của 2 từ thông sinh ra do bởi 2 dòng điện đi và về qua 2 cuộn dây này có trị số Φ = 0. Và một cuộn [20]